(57)【要約】【課題】  低負荷側の運転領域においても、燃費と排気性能を向上すること。【解決手段】  部分負荷運転領域Ｄでは、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入する。この状態において、部分負荷運転領域のうち、所定の低負荷側運転領域Ｄ1では、先行気筒の吸気温度を高めて当該先行気筒のみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する。前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ2では、先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入することにより全気筒で圧縮自己着火運転を実行する。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが実行される少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路と、気筒間ガス通路を開閉する開閉手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出に基づいて、開閉手段を制御することにより、部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行する制御手段とを備えた火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
気筒毎に燃料噴射を制御可能な燃料噴射手段と、
先行気筒の吸気温度を高める吸気加熱手段と
を設け、部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側の運転領域では、先行気筒の吸気温度を高めて当該先行気筒のみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する一方、部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域では、後続気筒も圧縮自己着火運転を実行するように前記制御手段が燃料噴射手段、吸気加熱手段、および開閉手段を制御することを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
前記吸気加熱手段は、先行気筒のみを加熱するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
先行気筒が減筒運転を実行しているときに前記気筒間ガス通路が先行気筒と後続気筒とを連通するように制御手段が開閉手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
前記高負荷側の運転領域では、全気筒で圧縮自己着火運転を実行するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
制御手段の制御により筒内の混合気に点火する点火手段を設け、
前記先行気筒のみの減筒運転実行時において、少なくとも低負荷側では、点火手段が圧縮自己着火を促進するように制御手段が点火手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
前記低負荷側の運転領域では、エンジン負荷の増大に伴って先行気筒への燃料噴射量を増加するとともに、前記高負荷側の運転領域では、先行気筒の燃料噴射量の増加を停止して後続気筒での燃料を負荷の増加に伴って増加するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
後続気筒での圧縮自己着火運転の開始時に当該後続気筒へ所定量の燃料を供給するとともに、先行気筒への燃料供給量を前記所定量だけ減量するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
前記高負荷側の運転領域では、エンジン負荷の増加に拘わらず先行気筒への燃料噴射量を一定に維持するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものであることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、
前記先行気筒の幾何学的圧縮比を後続気筒の幾何学的圧縮比よりも大きく設定していることを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火花点火式多気筒エンジンの制御装置に関し、特に、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を実行可能な火花点火式多気筒エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、特許文献１に開示されているように、エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される２気筒接続状態とし、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により燃焼を行わせるとともに、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式多気筒エンジンの制御装置に関する技術を出願している。特に特許文献１に開示されている構成では、燃料噴射量の調整によって後続気筒の吸気温度を速やかに加熱する加熱制御手段を設けている。
【特許文献１】特開２００４−７６６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１記載の発明では、後続気筒のみ圧縮自己着火運転を実行しているが、さらなる性能向上のために先行気筒でも圧縮自己着火運転を実行させるべく、先行気筒に対して加熱手段を設けることが考えられる。この場合、低負荷側で圧縮自己着火運転を実行するためには、相当、吸気温度を高める必要がある。しかし、吸気温度が所定の温度（例えば２５０℃）を越えると、今度は最大熱発生率（（Ｊ/deg・m3）MAX）が圧縮上死点前で発生してしまうので、エンジンに逆トルクが作用するという問題があった。そのため、従来の２気筒接続状態にあるエンジンでは、低負荷運転領域において、先行気筒での圧縮自己着火が実現することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低負荷側の運転領域においても、燃費と排気性能を向上することのできる火花点火式多気筒エンジンの制御装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、排気行程と吸気行程とが重なるような位相差をもって燃焼サイクルが実行される少なくとも一対の気筒と、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを吸気行程にある後続気筒に導入する気筒間ガス通路と、気筒間ガス通路を開閉する開閉手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出に基づいて、開閉手段を制御することにより、部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行する制御手段とを備えた火花点火式多気筒エンジンの制御装置において、気筒毎に燃料噴射を制御可能な燃料噴射手段と、先行気筒の吸気温度を高める吸気加熱手段とを設け、部分負荷運転領域のうち所定の低負荷側の運転領域では、先行気筒の吸気温度を高めて当該先行気筒のみが圧縮自己着火運転する減筒運転を実行する一方、部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域では、後続気筒も圧縮自己着火運転を実行するように前記制御手段が燃料噴射手段、吸気加熱手段、および開閉手段を制御することを特徴とする火花点火式多気筒エンジンの制御装置である。この態様では、部分負荷運転領域のうち、所定の低負荷側の運転領域では、先行気筒において圧縮自己着火運転が実行されることにより、燃費や排気性能の向上を図ることができる。しかも、この圧縮自己着火運転は、先行気筒のみが稼働する減筒運転であるので、稼働中の気筒一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的吸気温度が低温であっても、燃焼安定性が向上する。この結果、圧縮自己着火運転が最も不安定になりやすいエンジン低負荷運転領域において、比較的低い吸気温度で圧縮自己着火を実現することが可能になるので、吸気温度を高めることによる過早着火を回避し、燃費の向上を低負荷運転領域で維持することが可能になる。他方、運転状態が部分負荷運転領域のうち前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域に移行した場合には、後続気筒においても圧縮自己着火運転を実行し、稼働率を上げるようにしているので、高負荷時のノッキングを防止することも可能になる。
【０００６】
好ましい態様において、前記吸気加熱手段は、先行気筒のみを加熱するものである。この態様では、必要充分な熱量を与えることにより、効率的に減筒運転を実行することが可能になる。
【０００７】
好ましい態様において、先行気筒が減筒運転を実行しているときに前記気筒間ガス通路が先行気筒と後続気筒とを連通するように制御手段が開閉手段を制御するものである。この態様では、減筒運転の実行時に先行気筒の既燃ガスが後続気筒にも導入される結果、後続気筒が先行気筒からの既燃ガスによって加熱されることになる。このため、後続気筒が圧縮自己着火運転を実行する高負荷側の運転領域において確実に後続気筒での圧縮自己着火運転を実行することが可能になる。
【０００８】
好ましい態様において、前記高負荷側の運転領域では、全気筒で圧縮自己着火運転を実行するものである。この態様では、２気筒接続状態にあるエンジンにおいて、全気筒での圧縮自己着火運転によってノッキング限界をより高負荷側の運転領域に拡張することができ、圧縮自己着火運転を実行可能な運転領域を高負荷側の運転領域に拡げて燃費と排気性能の向上を図ることが可能になる。
【０００９】
好ましい態様において、制御手段の制御により筒内の混合気に点火する点火手段を設け、前記先行気筒のみの減筒運転実行時において、少なくとも低負荷側では、点火手段が圧縮自己着火を促進するように制御手段が点火手段を制御するものである。この態様では、低負荷側での減筒運転実行時に、点火手段が圧縮自己着火を促進することによって、失火を確実に防止でき、燃焼特性が安定する。
【００１０】
好ましい態様において、前記低負荷側の運転領域では、エンジン負荷の増大に伴って先行気筒への燃料噴射量を増加するとともに、前記高負荷側の運転領域では、先行気筒の燃料噴射量の増加を停止して後続気筒での燃料を負荷の増加に伴って増加するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものである。この態様では、先行気筒による減筒運転時においては、エンジン負荷の増加に伴って燃料噴射量を増加し、燃費の向上を図ることができる。また、後続気筒も稼働している全筒運転時では、先行気筒への燃料噴射量の増加を停止し、高負荷側の運転領域での先行気筒のノッキングを防止することができるとともに、後続気筒の圧縮自己着火運転を安定させることが可能になる。
【００１１】
好ましい態様において、後続気筒での圧縮自己着火運転の開始時に当該後続気筒へ所定量の燃料を供給するとともに、先行気筒への燃料供給量を前記所定量だけ減量するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものである。この態様では、所定の低負荷を越えて高負荷側の運転領域にエンジン負荷が変化した際、後続気筒へ一定量の燃料が噴射されることにより、後続気筒での圧縮自己着火を安定させることができるとともに、先行気筒への燃料噴射量が減量されることにより、先行気筒のノッキングをさらに確実に防止することができる。
【００１２】
好ましい態様において、前記高負荷側の運転領域では、エンジン負荷の増加に拘わらず先行気筒への燃料噴射量を一定に維持するように制御手段が燃料噴射手段を制御するものである。この態様では、高負荷側の運転領域での先行気筒の空燃比が相対的にリーンに維持されるので、先行気筒でのノッキングをさらに確実に防止することができる。
【００１３】
好ましい態様において、前記先行気筒の幾何学的圧縮比を後続気筒の幾何学的圧縮比よりも大きく設定している。この態様では、先行気筒の幾何学的圧縮比を大きく設定して所定の低負荷側での圧縮自己着火をより確実に実行し、燃費や排気性能の向上を図ることが可能になる。また、気筒間ガス通路からの既燃ガスによってヘビーＥＧＲ状態になる後続気筒では、比較的小さい幾何学的圧縮比に設定することによって、安定した圧縮自己着火運転の実行とノッキングの防止とを広い運転領域で両立させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、低負荷側の運転領域においては、先行気筒の減筒運転による圧縮自己着火運転を実行しているので、低負荷側の運転領域でも、燃費と排気性能を向上することができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態に係る制御装置１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係る４サイクルガソリンエンジン２０の一つの気筒の構造を示す断面略図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、図示の制御装置１０は、４サイクルガソリンエンジン２０と、このエンジン２０を制御するためのコントロールユニット１００とを備えている。
【００１８】
エンジン２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、クランクシャフト２１の長手方向に並ぶ４つの気筒２４Ａ〜２４Ｄが形成されている。
【００１９】
各気筒２４Ａ〜２４Ｄには、コンロッド２５を介して前記クランクシャフト２１に連結された４つのピストン２６が嵌挿されている。本実施形態において、気筒列方向の一端側から第１気筒２４Ａ、第２気筒２４Ｂ、第３気筒２４Ｃ、第４気筒２４Ｄと呼ぶと、このピストン２６が各気筒２４Ａ〜２４Ｄ内にて昇降する行程は、表１に示すように、当該気筒２４Ａ〜２４Ｄの燃焼サイクルが、第１気筒２４Ａ、第３気筒２４Ｃ、第４気筒２４Ｄ、第２気筒２４Ｂの順になるように、クランク角で１８０°ずつの位相差が設定されている。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
各気筒２４Ａ〜２４Ｄ内には、燃焼室２７が形成されている。この際、排気行程と吸気行程とが重なる２つ一組の気筒（第１気筒２４Ａと第２気筒２４Ｂ、第３気筒２４Ｃと第４気筒２４Ｄ）間において、本実施形態では、排気行程側の気筒（本実施形態ではこれを先行気筒と呼ぶ）２４Ａ、２４Ｄから吸気行程側の気筒（本実施形態ではこれを後続気筒と呼ぶ）２４Ｂ、２４Ｃへ既燃ガスをそのまま導くような配管構造が構成されている。そして、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの幾何学的圧縮比は、１４から１６の範囲に設定される一方、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの幾何学的圧縮比は、１１から１２の間に設定される。
【００２２】
図３は気筒２４Ａ〜２４Ｄを拡大して示す平面略図である。
【００２３】
図２および図３を参照して、シリンダヘッド２３の下面には、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に燃焼室２７の天井部が構成され、この天井部は中央部分からシリンダヘッド２３の下端まで延びる２つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型となっている。
【００２４】
上述したように、先行気筒２４Ａ、２４Ｄから後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ既燃ガスをそのまま導くような配管構造を構成するに当たり、先行気筒２４Ａ、２４Ｄには、２つ一組の吸気ポート２８が形成されているとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃには、吸気系統からの吸気を導入する一対の吸気ポート２８ａと、先行気筒２４Ａ、２４Ｂからの既燃ガスを導入する吸気ポート２８ｂがそれぞれ形成されている。他方、先行気筒２４Ａ、２４Ｄには、既燃ガスをそのまま排気系統に排出するための排気ポート２９ａと、後続気筒２４Ｃ、２４Ｄへ既燃ガスを導くための排気ポート２９ｂがそれぞれ一つずつ形成されているとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃには、既燃ガスをそのまま排気系統に排出するための排気ポート２９のみが一つずつ形成されている。また、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気ポート２９ｂは、気筒間ガス通路５４によって、対応する後続気筒（図示の例では、第１気筒２４Ａについては第２気筒２４Ｂ、第４気筒２４Ｄについては第３気筒２４Ｃ）の吸気ポート２８ｂと連通可能に接続されている。
【００２５】
さらに、各吸気ポート２８、２８ａ、２８ｂと、各排気ポート２９、２９ａ、２９ｂには、それぞれ吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、排気弁３１、３１ａ、３１ｂが設けられている。各吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、各排気弁３１、３１ａ、３１ｂは、カムシャフト３７、３８等を含む周知の動弁機構により、所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【００２６】
各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気弁３０、３０ａ、３０ｂと、排気弁３１、３１ａ、３１ｂには、それぞれ公知のタペットユニット３６が設けられている。タペットユニット３６は、シリンダヘッド２３に設けられた動弁機構のカムシャフト３７、３８のカム３７ａ、３８ａによって、周期的に駆動されるものである。
【００２７】
さらに、これらの各弁３０〜３０ｂ、３１〜３１ｂのうち、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ａ、３１ｂと、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａ、３０ｂのタペットユニット３６には、各弁３０〜３０ｂ、３１〜３１ｂを作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構が設けられている。この弁停止機構の構造自体は、いわゆるロストモーション機構として従来から知られているため詳しい図示は省略する。
【００２８】
図４は、弁停止機能を有するタペットユニット３６を制御するための回路構成を示す平面略図である。
【００２９】
図４を参照して、コントロールユニット１００には、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ａと、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａのタペットユニット３６に作動油を供給する作動油回路１１０のコントロール弁１１１が出力要素として接続されているとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの排気弁３１ｂと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ｂのタペットユニット３６に作動油を供給する作動油回路１１２のコントロール弁１１３が出力要素として接続されている。そして、各弁３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、コントロールユニット１００によって、選択的に開閉されるよう構成されている。この結果、コントロールユニット１００は、エンジン２０を圧縮自己着火運転（減筒運転、全筒運転）や、強制着火運転等の複数の運転モードを実行することが可能になっている。
【００３０】
次に、図２を参照して、燃焼室２７の側部には、コントロールユニット１００からの燃料噴射パルスを受けて、このパルス幅に対応する燃料を燃焼室２７に噴射する燃料噴射弁３２が設けられている。この燃料噴射弁３２は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、コントロールユニット１００からパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁３２には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室２７内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００３１】
図３を参照して、各気筒２４Ａ〜２４Ｄには、シリンダヘッド２３に固定され、燃焼室２７内にスパークを発する３個の点火プラグ３４が配設されている。各点火プラグ３４は、ピストン２６の稜線部分と平行なシリンダ直径沿いに並んでおり、中央のものがシリンダボア中心Ｚ上に配置され、両側のものが燃焼室２７の側縁に配置されている。各点火プラグ３４には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路３５が接続されており、この点火回路３５がコントロールユニット１００に制御されることにより、点火プラグ３４は、選択的に点火制御されるようになっている。
【００３２】
次に、図１および図２を参照して、エンジン２０の吸気ポート２８、２８ａには、インテークマニホールド４２の分岐吸気管４３が接続している。分岐吸気管４３は、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールド４２に等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。図示の実施形態において、各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気ポート２８、２８ａは、それぞれクランクシャフト方向に沿って配設されており、前記分岐吸気管４３の下流端は、各気筒２４Ａ〜２４Ｄの吸気ポート２８、２８ａに対応して二股に形成されている。分岐吸気管４３の上流側合流部分には、開閉弁４４が設けられている。開閉弁４４は、三方電磁弁で具体化されたものであり、アクチュエータ４５によって、個別に分岐吸気管４３の集合部分を所望量だけ開閉できるように構成されている。
【００３３】
インテークマニホールド４２の上流側には、新気をインテークマニホールド４２内部に導入するための吸気通路４６が接続されている。この吸気通路４６には、スロットルバルブ４７が設けられている。
【００３４】
排気ポート２９には、各気筒２４Ａ〜２４Ｄに２つ一組で形成された二股状の分岐排気管５１が接続されている。各分岐排気管５１の下流端は、エキゾーストマニホールド５２に接続されている。このエキゾーストマニホールド５２には、既燃ガスを排出する排気通路５３が接続されている。この排気通路５３には、排気浄化のために三元触媒５５が設けられている。この三元触媒５５は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【００３５】
次に、インテークマニホールド４２、エキゾーストマニホールド５２の間には、排気された既燃ガスをインテークマニホールド４２に還流させる外部ＥＧＲシステム６０が設けられている。外部ＥＧＲシステム６０は、インテークマニホールド４２とエキゾーストマニホールド５２との間に形成された還流通路６１に接続され、ＥＧＲクーラ６２と、ＥＧＲ弁６３と、ＥＧＲ弁６３を駆動するアクチュエータ６４とを備えた公知のバルブシステムである。
【００３６】
図５は図１の実施形態に係る吸気加熱手段としての吸気加熱システム７０の構成を示す構成図である。
【００３７】
図５を参照して、吸気通路４６には、スロットルバルブ４７の上流側に三方電磁弁４８が設けられており、この三方電磁弁４８に接続されたバイパス通路４９には、ヒータ５０が設けられている。この三方電磁弁４８は、開閉弁４４と同様に、コントロールユニット１００の制御により、開弁割合を変更可能に構成されている。従って、三方電磁弁４８を切り換えることにより、所望の割合で外気をインテークマニホールド４２に導入したり、ヒータ５０で加温された空気をインテークマニホールド４２に導入したりすることができるようになっている。
【００３８】
さらに吸気通路４６には、加熱通路７１が分岐接続されている。この加熱通路７１の途中には、冷却水熱交換器７２と、排気熱交換器７３が接続されている。
【００３９】
加熱通路７１は、各熱交換器７２、７３を経て吸熱した熱を吸気側に還流するためのものである。加熱通路７１の下流側には、気筒２４Ａ〜２４Ｄ毎に分岐した分岐管７１ａが設けられ、各分岐管７１ａは、対応する開閉弁４４の吸気側のポートに接続されている。
【００４０】
冷却水熱交換器７２は、エンジン２０の水冷システム７４に接続されて、エンジン２０からラジエータ（図示せず）に還流する冷却水が吸収した熱を、加熱通路７１を通る吸気に吸収させるためのものである。
【００４１】
排気熱交換器７３は、エンジン２０の排気通路５３に接続されて、既燃ガスの熱を、加熱通路７１を通る吸気に吸収させるためのものである。排気熱交換器７３は、加熱通路７１において、冷却水熱交換器７２の下流側に配置されている。
【００４２】
本実施形態において、上述したヒータ５０と、これら熱交換器７２、７３が、吸気加熱システム７０の主要部を構成している。
【００４３】
図１を参照して、エンジン２０の運転状態を検出するために、吸気通路４６には、エアフローセンサＳＷ１が設けられ、開閉弁４４の下流には吸気温度Ｔを予測するための吸気温度センサＳＷ２（図２参照）が設けられている。また、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転数を検出する回転数センサＳＷ３および冷却水の温度を検出するエンジン水温センサＳＷ４が設けられている（図２参照）。さらに、排気通路５３には、上述した三元触媒５５の上流側に設けられて空燃比を制御するための酸素濃度センサＳＷ５が設けられている。さらにヒータ５０および排気熱交換器７３には、それぞれ温度センサＳＷ７、ＳＷ８が設けられており、ヒータ５０で加熱されたバイパス通路４９内の吸気の温度と、加熱通路７１内の吸気の温度とを検出することができるようになっている。
【００４４】
エンジン２０には、制御手段としてのコントロールユニット１００が設けられている。このコントロールユニット１００には、エアフローセンサＳＷ１、吸気温度センサＳＷ２、回転数センサＳＷ３、エンジン水温センサＳＷ４、酸素濃度センサＳＷ５、エンジン負荷を検出するためのアクセル開度センサＳＷ６、並びに温度センサＳＷ７、ＳＷ８が入力要素として接続されている。これら各センサＳＷ１〜ＳＷ８は、何れも本実施形態における運転状態検出手段の具体例である。他方、コントロールユニット１００には、開閉弁４４のアクチュエータ４５、スロットルバルブ４７のアクチュエータ、吸気通路４６の三方電磁弁４８、ヒータ５０が制御要素として接続されている。
【００４５】
図１を参照して、コントロールユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有するものであり、メモリ１０２に記憶されるプログラム並びにデータによって、運転状態を判定する運転状態判定手段を機能的に構成している。
【００４６】
図６は、図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
【００４７】
図６を参照して、図示の実施形態では、エンジン回転数Ｎが所定回転数Ｎ１以下の部分負荷運転領域Ｄにおいて、圧縮自己着火運転を実行し、残余の領域では、火花点火による強制着火運転を実行するように設定されている。さらに、圧縮自己着火運転を実行する部分負荷運転領域Ｄにおいて、所定の低負荷側の運転領域Ｄ1では、減筒運転を実行する一方、前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ2では、全筒運転を実行するようになっている。
【００４８】
コントロールユニット１００は、メモリ１０２に記憶されている図６の制御用マップに基づき、前記回転数センサＳＷ３及びアクセル開度センサＳＷ６等からの信号により調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が何れの運転領域にあるかを判別するようになっている。
【００４９】
圧縮自己着火運転を実行する場合、コントロールユニット１００は、気筒間ガス通路５４を介して先行気筒２４Ａ、２４Ｄの既燃ガスを後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入させる２気筒接続状態とする。
【００５０】
この状態で、減筒運転を実行する際、コントロールユニット１００は、吸気加熱システム７０を作動しつつ、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの吸気弁３０ａを閉じて後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの吸気を遮断し、専ら先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみを稼働する。この減筒運転を実行することにより、アイドル運転時等、燃焼安定性の悪い低負荷側において、稼働中の一気筒当たりの負荷を相対的に増加することができ、吸気温度Ｔを上昇させるまでもなく、圧縮自己着火運転による燃焼安定性を向上することが可能になる。
【００５１】
また、コントロールユニット１００は、部分負荷運転領域Ｄで、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの減筒運転を実行する際、圧縮自己着火を促進するため、少なくとも所定の低負荷側で圧縮上死点前に先行気筒２４Ａ、２４Ｄの着火アシストを実行するように点火回路３５を駆動する。
【００５２】
他方、前記所定負荷よりも高負荷側の運転領域Ｄ2では、全気筒２４Ａ〜２４Ｄが稼働する全筒運転が実行される。この全筒運転では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃとを連通する。全筒運転では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの既燃ガスが気筒間ガス通路５４を経由して後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入され、さらに後続気筒２４Ｂ、２４Ｃにおいても圧縮自己着火運転が実行されることになる。また、全筒運転時においても、コントロールユニット１００は、前記吸気加熱システム７０を作動させ、エンジン負荷に応じて吸気温度を調整する。
【００５３】
吸気温度の調整方法としては、予めメモリ１０２にエンジン運転状態に基づく目標吸気温度Ｔと吸気量とを制御マップとして記憶しておき、エアフローセンサＳＷ１、吸気温度センサＳＷ２、アクセル開度センサＳＷ６、温度センサＳＷ７、ＳＷ８の検出値から筒内への吸気温度Ｔと目標吸気量になるように、制御マップから値を読取って、スロットルバルブ４７、開閉弁４４、三方電磁弁４８の開量を調整することにより実現される。
【００５４】
他方、強制着火運転を実行する際は、各気筒２４Ａ〜２４Ｄにそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更すべくコントロールユニット１００が作動油回路１１０、１１２のコントロール弁１１１、１１３を駆動して、タペットユニット３６を制御する。
【００５５】
また、コントロールユニット１００は、判定した運転状態に応じて燃料噴射弁３２からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００５６】
図７は各気筒２４Ａ〜２４Ｄに対する燃料噴射量とエンジン負荷との関係を示すグラフである。
【００５７】
図７を参照して、コントロールユニット１００のメモリ１０２には、図７に基づく制御マップが記憶されている。この制御マップにおいて、減筒運転が実行される低負荷側の運転領域Ｄ1では、負荷の増大に伴って先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量を増加するように設定されている。他方、高負荷側の運転領域Ｄ2では、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの圧縮自己着火運転の開始時に当該後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ所定量の燃料を供給するとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料供給量を前記所定量だけ減量するように設定されている。
【００５８】
さらに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが運転を開始した後は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、減量後の一定量に維持され、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量のみがエンジン負荷の増加に伴って増量するように設定されている。
【００５９】
次に、低負荷側の運転領域Ｄ1の範囲を決定するための制御要因について説明する。
【００６０】
図８〜図１０はコントロールユニット１００に設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率dQ/dθとの関係を示すグラフである。これらのグラフは、本件発明者の研究結果によって得られたものであり、コントロールユニット１００のメモリ１０２には、これらのグラフに基づく制御マップが記憶されている。なお各図において、破線で示す曲線はスロットル全開のときに圧縮自己着火可能な最小の燃料噴射量に設定した場合の特性、実線で示す曲線は破線と同じ吸気温度Ｔでノッキング限界まで空燃比を下げた場合の特性を表わしている。また、実線で示す曲線の符号は、吸気温度Ｔが対応する破線で示す曲線の符号に添え字を付加したものである。
【００６１】
図８を参照して、圧縮自己着火によってエンジン２０を無負荷状態で運転する場合、吸気温度Ｔは、Ｔ１（＝２７０℃）に設定する必要がある。このＴ１では、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXが圧縮上死点よりも前に発生するため、このまま空燃比を下げると、逆トルクが大きくなる。また、Ｔ１よりも２０℃低いＴ２（＝２５０℃）でも、依然、最大熱発生率（dQ/dθ）MAXは圧縮上死点よりも前に発生し、燃料噴射量を増やした場合、大きな逆トルクが発生する。次に、図９を参照して、負荷が高くなった場合、吸気温度Ｔは、Ｔ３（＝２２５℃）、Ｔ４（＝２０５℃）、Ｔ５（＝１９０℃）、Ｔ６（＝１７５℃）、Ｔ７（＝１６０℃）の各曲線で示すように、圧縮上死点以降に最大熱発生率(dQ/dθ)MAXが現れる。これらの特性から、本実施形態では、低負荷側の運転領域Ｄ1においては、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみによる減筒運転を実行してエンジン負荷を相対的に増加することにより、比較的低い吸気温度Ｔで圧縮自己着火運転が可能となるようにしている。
【００６２】
次に、図１０を参照して、各吸気温度特性Ｔ１〜Ｔ７を重ね合わせた場合、概ね熱発生率dQ/dθが所定の値（約８０Ｊ/deg・m3）のところをピークとする山形のノッキング限界曲線を描くことになる。そこで本実施形態では、低負荷側の運転領域Ｄ1と高負荷側の運転領域Ｄ2の境界をこの所定の熱発生率dQ/dθ（約８０Ｊ/deg・m3）に基づいて、稼働気筒の筒内空燃比が理論空燃比よりもリーンであってスロットル全開時の運転状態において、設定されるべき空燃比がλ＝２以下となる範囲に設定している。なお図１０において、図の左側の直線は、各吸気温度Ｔ１〜Ｔ７での燃焼開始タイミングを示しており、右側の直線は、燃焼変動率が５％未満の燃焼終了（ＭＦＢ＝９５％）限界を表わしている。
【００６３】
図１１は１５００ｒｐｍのときの正味熱効率（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。
【００６４】
図１１を参照して、低負荷側の運転領域Ｄ1において、外部ＥＧＲのない状態で仮に全気筒２４Ａ〜２４Ｄを稼働させて運転した場合、図示燃料消費率は、２００近くになってしまう。これに対して、運転領域Ｄ1において、減筒運転を実行した場合、一気筒当たりの負荷の増加によって、図示燃料消費率は、大幅に低減する。
【００６５】
以上の構成によれば、運転状態が低負荷側の運転領域Ｄ1であると判定された場合、コントロールユニット１００は、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに係る吸気弁３０ａを閉じて、先行気筒２４Ａ、２４Ｂのみを稼働し、燃料噴射を行う。これにより、先行気筒２４Ａ、２４Ｂにおいて、圧縮自己着火運転が実行され、既燃ガスが後続気筒２４Ｂ、２４Ｃに導入される。この際、図７に示したように、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、エンジン負荷の増大に伴って増加される。さらに、この減筒運転時において、少なくとも低負荷側では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの着火をアシストするための点火が実行される。これにより、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの圧縮自己着火運転が確実に実行され、燃焼安定性が向上する。
【００６６】
次に、エンジン負荷が増大し、運転状態が高負荷側の運転領域Ｄ2であると判定された場合、コントロールユニット１００は、全気筒２４Ａ〜２４Ｄに燃料噴射を行い、全気筒を稼働させて、圧縮自己着火運転を実行する。この際、図７に示したように、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量が減量されるとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量を先行気筒２４Ａ、２４Ｄでの見料分に設定して運転を開始する。これとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが運転を開始した後は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量は、一定量に維持され、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへの燃料噴射量のみがエンジン負荷の増加に伴って増量される。
【００６７】
以上説明したように本実施形態では、部分負荷運転領域Ｄにおいて、所定の低負荷側の運転領域Ｄ1では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄにおいて圧縮自己着火運転が実行されることにより、燃費や排気性能の向上を図ることができる。しかも、この圧縮自己着火運転は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみが稼働する減筒運転であるので、稼働中の気筒一つ当たりの負荷が増幅されるため、比較的吸気温度Ｔが低温であっても、燃焼安定性が向上する。この結果、圧縮自己着火運転が最も不安定になりやすいエンジン低負荷運転領域において、比較的低い吸気温度Ｔで圧縮自己着火を実現することが可能になるので、吸気温度Ｔを高めることによる過早着火を回避し、燃費の向上を低負荷運転領域で維持することが可能になる。他方、運転状態が部分負荷運転領域Ｄのうち、前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域Ｄ2に移行した場合には、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃにおいても圧縮自己着火運転を実行し、稼働率を上げるようにしているので、高負荷時のノッキングを防止することも可能になる。
【００６８】
また、本実施形態では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄが減筒運転を実行しているときに前記気筒間ガス通路５４が先行気筒２４Ａ、２４Ｄと後続気筒２４Ｂ、２４Ｃとを連通するようにコントロールユニット１００が開閉手段としての吸気弁３０ｂ、排気弁３１ｂを制御するものである。このため本実施形態では、低負荷側の運転領域Ｄ1において、減筒運転の実行時に先行気筒２４Ａ、２４Ｄの既燃ガスが後続気筒２４Ｂ、２４Ｃにも導入される結果、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが先行気筒２４Ａ、２４Ｄからの既燃ガスによって加熱されることになる。このため、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃが圧縮自己着火運転を実行する高負荷側の運転領域Ｄ2において確実に後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの圧縮自己着火運転を実行することが可能になる。
【００６９】
また、本実施形態では、前記高負荷側の運転領域Ｄ2では、全気筒２４Ａ〜２４Ｄで圧縮自己着火運転が実行される。このため本実施形態では、２気筒接続状態にあるエンジン２０において、全気筒での圧縮自己着火運転によってノッキング限界をより高負荷側の運転領域に拡張することができ、圧縮自己着火運転を実行可能な運転領域を高負荷側の運転領域に拡げて燃費と排気性能の向上を図ることが可能になる。
【００７０】
また、本実施形態では、コントロールユニット１００の制御により筒内の混合気に点火する点火プラグ３４を設け、前記先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみの減筒運転実行時において、少なくとも低負荷側では、点火プラグ３４が圧縮自己着火を促進するようにコントロールユニット１００が点火プラグ３４を制御するものである。このため本実施形態では、低負荷側での減筒運転実行時に、点火プラグ３４が圧縮自己着火を促進することによって、失火を確実に防止でき、燃焼特性が安定する。
【００７１】
また、本実施形態では、前記低負荷側の運転領域Ｄ1では、エンジン負荷の増大に伴って先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量を増加するとともに、前記高負荷側の運転領域Ｄ2では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの燃料噴射量の増加を停止して後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの燃料を負荷の増加に伴って増加するようにコントロールユニット１００が燃料噴射弁３２を制御するものである。このため本実施形態では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄによる減筒運転時においては、エンジン負荷の増加に伴って燃料噴射量を増加し、燃費の向上を図ることができる。また、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃも稼働している全筒運転時では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量の増加を停止し、高負荷側の運転領域での先行気筒２４Ａ、２４Ｄのノッキングを防止することができるとともに、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの圧縮自己着火運転を安定させることが可能になる。
【００７２】
また、本実施形態では、図７に示したように、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの圧縮自己着火運転の開始時に当該後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ所定量の燃料を供給するとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料供給量を前記所定量だけ減量するようにコントロールユニット１００が燃料噴射弁３２を制御するものである。このため本実施形態では、所定の低負荷を越えて高負荷側の運転領域Ｄ2にエンジン負荷が変化した際、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃへ一定量の燃料が噴射されることにより、後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでの圧縮自己着火を安定させることができるとともに、先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量が減量されることにより、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのノッキングをさらに確実に防止することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、前記高負荷側の運転領域Ｄ2では、エンジン負荷の増加に拘わらず先行気筒２４Ａ、２４Ｄへの燃料噴射量を一定に維持するようにコントロールユニット１００が燃料噴射弁３２を制御するものである。このため本実施形態では、高負荷側の運転領域Ｄ2での先行気筒２４Ａ、２４Ｄの空燃比が相対的にリーンに維持されるので、先行気筒２４Ａ、２４Ｄでのノッキングをさらに確実に防止することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、前記先行気筒２４Ａ、２４Ｄの幾何学的圧縮比（本実施形態では１４〜１６）を後続気筒２４Ｂ、２４Ｃの幾何学的圧縮比（本実施形態では１１〜１２）よりも大きく設定している。このため本実施形態では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの幾何学的圧縮比を大きく設定して所定の低負荷側での圧縮自己着火をより確実に実行し、燃費や排気性能の向上を図ることが可能になる。また、気筒間ガス通路５４からの既燃ガスによってヘビーＥＧＲ状態になる後続気筒２４Ｂ、２４Ｃでは、比較的小さい幾何学的圧縮比に設定することによって、安定した圧縮自己着火運転の実行とノッキングの防止とを広い運転領域で両立させることが可能になる。
【００７５】
このように本実施形態によれば、低負荷側の運転領域においては、先行気筒２４Ａ、２４Ｄの減筒運転による圧縮自己着火運転を実行しているので、低負荷側の運転領域でも、燃費と排気性能を向上することができるという顕著な効果を奏する。
【００７６】
上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に検定されない。
【００７７】
図１２は本発明の別の実施形態に係る吸気加熱システムの構成図である。
【００７８】
図１２に示すように、吸気加熱手段は、先行気筒２４Ａ、２４Ｄに係る分岐吸気管４３に設けられたヒータ７７で具体化してもよい。この実施形態では、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみを加熱する構成になるため本実施形態では、必要充分な熱量を与えることにより、効率的に減筒運転を実行することが可能になる。
【００７９】
また、これとは別に図５で示した吸気加熱システム７０を採用し、加熱通路７１の下流端を先行気筒２４Ａ、２４Ｄの分岐吸気管４３に接続して、先行気筒２４Ａ、２４Ｄのみを加熱する構成を採用してもよい。
【００８０】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る制御装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に係る４サイクルガソリンエンジンの一つの気筒の構造を示す断面略図である。
【図３】気筒を拡大して示す平面略図である。
【図４】弁停止機能を有するタペットユニットを制御するための回路構成を示す平面略図である。
【図５】図１の実施形態に係る吸気加熱手段としての吸気加熱システムの構成を示す構成図である。
【図６】図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
【図７】各気筒に対する燃料噴射量とエンジン負荷との関係を示すグラフである。
【図８】コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。
【図９】コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。
【図１０】コントロールユニットに設定される制御条件の基礎となったクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフである。
【図１１】１５００ｒｐｍのときの正味熱効率（ＩＭＥＰ）と図示燃料消費率（ＩＳＦＣ）の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の別の実施形態に係る吸気加熱システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  制御装置
２０  ４サイクルガソリンエンジン
２１  クランクシャフト
２４Ａ、２４Ｄ    先行気筒
２４Ｂ、２４Ｃ    後続気筒
２８、２８ａ、２８ｂ    吸気ポート
２９、２９ａ、２９ｂ    排気ポート
３０、３０ａ、３０ｂ    吸気弁
３１、３１ａ、３１ｂ    排気弁
３２  燃料噴射弁
３４  点火プラグ
４４  開閉弁
４５  アクチュエータ
４６  吸気通路
４８  三方電磁弁
５０、７７  ヒータ（吸気加熱手段の構成例）
５３  排気通路
５４  気筒間ガス通路
１１０、１１２    作動油回路
１１１、１１３    コントロール弁
７０  吸気加熱システム（吸気加熱手段の一例）
７２  冷却水熱交換器（吸気加熱手段の構成例）
７３  排気熱交換器（吸気加熱手段の構成例）
１００      コントロールユニット（制御手段の一例）
Ｄ    部分負荷運転領域
Ｄ1   低負荷側の運転領域
Ｄ2   高負荷側の運転領域
ＳＷ１      エアフローセンサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ２      吸気温度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ３      回転数センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ４      エンジン水温センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ５      酸素濃度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ６      アクセル開度センサ（運転状態検出手段の一例）
ＳＷ７、ＳＷ８    温度センサ（運転状態検出手段の一例）
【図１】
2006283667.tif 000004
【図２】
2006283667.tif 000005
【図３】
2006283667.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006283667.tif 000008
【図６】
2006283667.tif 000009
【図７】
2006283667.tif 000010
【図８】
2006283667.tif 000011
【図９】
2006283667.tif 000012
【図１０】
2006283667.tif 000013
【図１１】
2006283667.tif 000014
【図１２】
2006283667.tif 000015